ADC在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的研究及應(yīng)用

輸入濾波電路的要求

輸入濾波器件采用差分輸入結(jié)構(gòu)，通常不需要輸入緩沖放大器。如MAX11046系列產(chǎn)品具有極高的輸入阻抗，可以直接與低阻傳感器連接。例如，CT和PT測量變壓器阻抗相對較低(10Ω~50Ω)，因此，可以直接通過簡單的低通濾波器連接到MAX11046輸入級，如圖3所示。

圖3 MAX11046系列器件輸入電路

為了保持DAS的精度，選擇正確的RSOURCE和CEXTERNAL非常關(guān)鍵。RSOURCE電阻必須為金屬膜電阻，精度為1%或更高精度，還應(yīng)具有較低的溫度系數(shù)。建議選擇一些知名廠商如ROHM或Vishay提供的組件。

為了達(dá)到最佳效果，CEXTERNAL電容應(yīng)選擇陶瓷電容。這些電容能夠在較寬的溫度和電壓范圍內(nèi)保持其標(biāo)稱值，Kemet或Samsung等公司可提供這類高性價比的SMT器件。

ADC基準(zhǔn)選擇

ADC基準(zhǔn)的選擇對于整個DAS的性能非常重要，并且與ADC的分辨率和精度要求密切相關(guān)。在整個溫度范圍內(nèi)保持合理的溫漂和初始精度非常關(guān)鍵。以MAX11046為例，1 LSB=62.5µV。MAX11046內(nèi)部基準(zhǔn)的溫漂為±10ppm/℃。在50℃整個溫度范圍內(nèi)，基準(zhǔn)漂移可達(dá)±500ppm或±2.048mV(±33LSB)。在對溫漂要求比較嚴(yán)格的應(yīng)用中，最好使用外部低溫漂基準(zhǔn)，如MAX6341(1ppm/℃)。使用外部基準(zhǔn)時，MAX11046的基準(zhǔn)輸入電流僅為±10µA。串聯(lián)型基準(zhǔn)的輸出電流可達(dá)10mA，因此，單個基準(zhǔn)器件可以為多個高性能ADC提供參考，從而消除不同器件之間的基準(zhǔn)差異。

PCB設(shè)計和布板考慮

采用低通濾波器進(jìn)行噪聲抑制

在任何時候電力線上都會存在相當(dāng)客觀的噪聲/干擾。噪聲主要來自線纜/傳輸系統(tǒng)，是電容/電感將外部噪聲源耦合到了電力線上。噪聲和干擾還與電力線的動態(tài)特性有關(guān)。如圖1所示，每個CT和PT隔離/測量變壓器的工作頻率為50Hz/60Hz。實際上，這些變壓器具有很寬(100kHz)的帶寬，僅對100kHz或更高頻率的信號提供衰減/濾波。

另外一個重要的噪聲/干擾源來自PCB上DAS系統(tǒng)的電子組件。這些組件包括CPU和電源子系統(tǒng)，特別是在使用開關(guān)電源的情況下。這意味著ADC的每個輸入通道都需要一個抗混疊濾波器和噪聲抑制低通濾波器。濾波組件應(yīng)該盡可能靠近ADC輸入放置。

利用接地和屏蔽措施保持信號完整性

從連接器到ADC輸入承載信號的PCB引線會受噪聲、干擾以及通道間串?dāng)_的影響，對這些模擬信號線采取特殊的接地和信號屏蔽措施將直接影響輸入信號的完整性。圖4給出了一個保護(hù)模擬信號的PCB布線示例。

圖4 從連接器到MAX11046模擬輸入的路徑

注意，MAX11046具有極高的通道間隔離度，為了獲得高隔離度，采用了共面微帶線結(jié)構(gòu)。

PCB布線通用規(guī)則

在多通道、同時采樣DAS應(yīng)用中，為了獲得最佳性能，需要遵循幾項重要的PCB布線規(guī)則：

• 使用有地層的PCB板。

• 確保模擬、數(shù)字線路相互分離。

• 不要將數(shù)字信號線和模擬信號線并行布線。

• 避免在ADC封裝的下方鋪設(shè)數(shù)字信號線。

• 采用獨立的地層，數(shù)字信號分布在一側(cè)，模擬信號分布在另一側(cè)。

• 保持電源的地回路具有較低阻抗并保持盡可能短的引線，以便達(dá)到無噪聲工作。